JP6932642B2 - 絶縁電線、絶縁電線の製造方法、コイル、回転電機および電気・電子機器 - Google Patents
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Description
一方、モーターや変圧器に代表される電気機器は近年、機器の小型化が進展しており、モーターなどの回転機などでは、例えば、ステータースロット断面積に対する導体の断面積の比率(占積率)の向上に有利な平角導体を使用することが行われている。
しかしながら、エナメル層は、熱硬化性樹脂ワニスを、塗布、焼付けを繰り返して形成されるため、例えば、1回の塗布、焼付けで3μmの厚みの層を形成する場合、100μmのように厚いエナメル層を形成するには、30回以上繰り返すことになる。このため、製造上の負荷が大きくなる。
(1)導体の外周に、熱硬化性樹脂層を含む、少なくとも1層の電線皮膜を有する絶縁電線であって、
前記熱硬化性樹脂層が、熱硬化性樹脂ワニスを塗布・焼付けて形成された積層構造の熱硬化樹脂層であり、該積層構造において、導体に接する最も内側の層が、イミド結合を有する熱硬化性樹脂を含み、かつ平均厚さが6μm以上10μm以下の層であり、
前記の導体に接する最も内側の層が、熱硬化性樹脂ワニスの1回の塗布・焼付けで形成される層であることを特徴とする絶縁電線(但し、前記の導体に接する最も内側の層が気泡層である形態を除く)。
(2)前記の導体と接する最も内側の層の平均厚さが7μm以上10μm以下の層であることを特徴とする(1)に記載の絶縁電線。
(3)前記熱硬化性樹脂層全体の厚さに対する、前記導体と接する最も内側の層の平均厚さの割合が、5〜10%であることを特徴とする(1)又は(2)に記載の絶縁電線。
(4)長手方向と直交する前記導体の断面形状が矩形の平角導体であり、該導体の断面形状の矩形を構成する4つの辺上の前記導体と接する最も内側の層の厚さにおいて、該導体のコーナー部を除く、少なくとも1つの辺の両端部上の厚さが、該辺の中央部上の厚さより厚いことを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の絶縁電線。
(5)長手方向と直交する前記導体の断面形状が矩形の平角導体であり、該導体の断面形状の矩形を構成する4つのコーナーの少なくとも1つのコーナー部上の前記導体と接する最も内側の層の厚さが、辺部上の平均厚さより薄いことを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載の絶縁電線。
(6)前記熱硬化性樹脂層の積層構造において、前記導体と接する最も内側の層の外周に、5μm以下の厚さの層が少なくとも2層積層した層を有することを特徴とする(1)〜(5)のいずれか1項に記載の絶縁電線。
(7)前記熱硬化性樹脂層の全体の厚さが、30〜130μmであることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか1項に記載の絶縁電線。
(8)前記熱硬化性樹脂層上に、厚さが30〜130μmの熱可塑性樹脂層を少なくとも1層有することを特徴とする(1)〜(7)のいずれか1項に記載の絶縁電線。
(9)導体の外周に、熱硬化性樹脂層を含む、少なくとも1層の電線皮膜を有する絶縁電線の製造方法であって、
前記導体の外周に、同一もしくは異なる熱硬化性樹脂ワニスを塗布して焼付ける操作を2回以上繰り返す塗布・焼付け工程において、該熱硬化性樹脂ワニスを塗布して焼付ける最初の操作で、イミド結合を有する熱硬化性樹脂のワニスを使用して平均厚さが6μm以上10μm以下の層を形成した後、該熱硬化性樹脂と同一もしくは異なる熱硬化性樹脂のワニスを塗布して焼付ける操作を行い、2層以上の積層構造の熱硬化性樹脂層を形成すことを特徴とする絶縁電線の製造方法(但し、前記の熱硬化性樹脂ワニスを塗布して焼付ける最初の操作で気泡層を形成する形態を除く)。
(10)前記の熱硬化性樹脂ワニスを塗布して焼付ける最初の操作で、イミド結合を有する熱硬化性樹脂ワニスを使用して平均厚さが7μm以上10μm以下の層を形成することを特徴とする(9)に記載の絶縁電線の製造方法。
(11)前記積層構造の熱硬化性樹脂層上に、さらに熱可塑性樹脂を含む組成物を、押出成形して、熱可塑性樹脂層を形成することを特徴とする(9)又は(10)に記載の絶縁電線の製造方法。
(12)前記(1)〜(8)のいずれか1項に記載の絶縁電線、または、前記(9)〜(11)のいずれか1項に記載の製造方法で製造された絶縁電線のうちの1つの絶縁電線からなるコイル。
(13)前記(12)に記載のコイルを用いてなる回転電機。
(14)前記(12)に記載のコイルを用いてなる電気・電子機器。
また、本発明では、同一もしくは異なった樹脂ワニスを塗布、焼付けを複数回繰り返して、エナメル層(熱硬化性樹脂層)を形成するが、同一の樹脂ワニスを使用したとしても、1回の塗布、焼付けで形成される層を1層とカウントし、繰り返された回数と同じ数の層が積層された積層構造と判断する。なお、この積層数は、エナメル層の断面をエッジング後、光学顕微鏡またはマイクロスコープで確認できる。
なお、エナメル層の導体に接する最も内側の層を厚くすると、焼付け後に、樹脂ワニスの溶媒が膜中に残存することから、その後の焼付け時に加えられる熱量が溶媒の蒸発に使用され、樹脂の硬化度が低くなることにより、導体とエナメル層の密着性が高まっているものと考えられる。
本発明の上記および他の特徴および利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。
本発明の絶縁電線は、導体の外周に、エナメル層である熱硬化性樹脂層を含む、少なくとも1層の電線皮膜を有する。
絶縁電線は、熱硬化性樹脂層以外に、他の層を設けてもよい。このような層としては熱可塑性樹脂層が挙げられる。
なお、熱可塑性樹脂層を設けると、絶縁電線の耐ATF性をさらに向上させることが可能となる。
本発明に用いる導体としては、従来、絶縁電線で用いられているものを使用することができ、銅線、アルミニウム線等の金属導体が挙げられる。本発明では、銅の導体が好ましく、なかでも、用いる銅は、酸素含有量が30ppm以下の低酸素銅が好ましく、20ppm以下の低酸素銅または無酸素銅がより好ましい。酸素含有量が30ppm以下であれば、導体を溶接するために熱で溶融させた場合、溶接部分に含有酸素に起因するボイドの発生がなく、溶接部分の電気抵抗が悪化することを防止するとともに溶接部分の強度を保持することができる。
なお、導体がアルミニウムの場合、必要機械強度を考慮したうえで、用途に応じて様々なアルミニウム合金を用いることができる。例えば回転電機のような用途に対しては、高い電流値を得られる純度99.00%以上の純アルミニウムが好ましい。
断面形状が矩形の導体は、コーナー部(角部)からの部分放電を抑制する点において、図1に示すように、4隅に面取り(曲率半径r)を設けた形状であることが好ましい。曲率半径rは、0.6mm以下が好ましく、0.2〜0.4mmがより好ましい。
導体の大きさは、特に限定されないが、平角導体の場合、矩形の断面形状において、幅(長辺)は1〜5mmが好ましく、1.4〜4.0mmがより好ましく、厚み(短辺)は0.4〜3.0mmが好ましく、0.5〜2.5mmがより好ましい。幅(長辺)と厚み(短辺)の長さの割合(厚み:幅)は、1:1〜1:4が好ましい。一方、断面形状が円形の導体の場合、直径は0.3〜3.0mmが好ましく、0.4〜2.7mmがより好ましい。
本発明では、熱硬化性樹脂層は、導体に接して導体の外周に設けられる。
熱硬化性樹脂層は、熱硬化性樹脂ワニスを塗布して焼付ける塗布・焼付け工程により形成され、通常、塗布、焼付けを繰り返して目的とする厚みの熱硬化性樹脂層が形成される。
本発明では、同一の熱硬化性樹脂ワニスを塗布して焼き付けを繰り返しても、1回の塗布、焼付けで形成される層を1つの層とカウントするため、熱硬化性樹脂層は、1層以上の層が積層された積層熱硬化性樹脂層である。
本発明では、積層構造の熱硬化性樹脂層の導体に接する最も内側の層は、イミド結合を有する熱硬化性樹脂を含む。
最も内側の層にイミド結合を有する熱硬化性樹脂を含むことで、導体との密着力および熱硬化性樹脂層間の層間密着力を向上させることが可能となる。
例えば、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエステルイミド(PEsI)が挙げられ、これらの樹脂を単独で使用しても、併用しても構わない。
本発明では、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)が好ましい。
ポリイミド(PI)は、例えば、ユニチカ社製の商品名:Uイミド、宇部興産社製の商品名:U−ワニス、東レ・デュポン社製の商品名:#3000などが挙げられる。
ポリアミドイミド(PAI)は、例えば、日立化成(株)社製の商品名:HI406などが挙げられる。
ポリエーテルイミド(PEI)は、例えば、SABIC社製の商品名:ウルテム1000が挙げられる。
ポリエステルイミド(PEsI)は、例えば、東特塗料(株)社製の商品名:ネオヒート8600Aが挙げられる。
例えば、上記のイミド結合を有する熱硬化性樹脂に加え、ポリウレタン(PU)、熱硬化性ポリエステル(PEst)、H種ポリエステル(HPE)、ポリイミドヒダントイン変性ポリエステル、ポリヒダントイン、ポリベンゾイミダゾール、メラミン樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。
以下に、導体に接する最も内側の層の厚さおよび断面形状から順に、熱硬化性樹脂層の厚さと断面形状を説明する。
本発明では、積層された熱硬化性樹脂層のうち、導体に接する最も内側の層の平均厚さは、5μmを超え10μm以下であり、5.5μm以上10μm以下が好ましく、6μm以上10μm以下がより好ましい。
なお、図1では、導体1に接する最も内側の層2の外周に積層された残り部分3を示しているが、該部分3は1層であっても多層の積層であってもよい。また、必要な場合、この熱硬化性樹脂層上に熱可塑性樹脂層を設けてもよいが、図1では省略した。
厚みの変更で好ましいのは、以下で形態である。
この形態では、より好ましくは、2つの長辺または2つに短辺(対向する1対の辺)のいずれも、両端部上の厚さが、中央部上の厚さより厚いものであり、特に好ましくは、4つの辺の全て、両端部上の厚さが、中央部上の厚さより厚いものである。
両端部上の厚さは、中央部上の厚さの1.2〜2.0倍の厚さが好ましく、1.4〜1.7倍の厚さがより好ましい。
図2では、上記の最も好ましい場合を、模式的に示した。導体1のコーナー部を除く、辺の両端部上の厚さαmが、該辺の中央部上の厚さαlより厚い部分2aが、導体1上の4つの辺で存在している。
この形態では、より好ましくは、2つのコーナー部上の厚さが、辺部上の平均厚さより薄いものであり、さらに好ましくは、3つのコーナー部上の厚さが、辺部上の平均厚さより薄いものであり、特に好ましくは、4つのコーナー部上の厚さが、辺部上の平均厚さより薄いものである。
コーナー部上の厚さは、辺部上の平均厚さより、1/2.0〜1/1.2の厚さが好ましく、1/1.7〜1/1.4の厚さがより好ましい。
図3では、上記の最も好ましい場合を、模式的に示した。導体1の4つのコーナー部上の厚さβが、辺部上の平均厚さαより薄い部分2bを有するものである。
第一と第二の形態の好ましい形態同士の組み合わせがより好ましい形態であり、最も好ましいのは、第一と第二の形態の最も好ましい形態同士の組み合わせである。
図4では、上記の最も好ましい場合を、模式的に示した。導体1の4つのコーナー部上の厚さβが、辺部上の平均厚さαより薄いものである。
ここで、本明細書では、平均厚さの測定は16点測定による。16点測定は、本分野では常用されている測定方法であって、具体的な測定方法は、国際公開第2013/073397号パンフレットに記載されている。
導体に接する最も内側の層以外の層を形成した後、熱硬化性樹脂ワニスを塗布、焼付けを繰り返し、少なくとも2層以上が積層された熱硬化性樹脂層が形成される。
導体に接する最も内側の層以外の層の厚さは、導体に接する最も内側の層と同じ範囲の5μmを超え10μm以下でもよいが、導体に接する最も内側の層より厚さが薄い層を積層した構造が好ましい。
本発明では、5μmを超え10μm以下の層をA層、5μm以下(好ましくは2μm以上5μm以下、より好ましくは3μm以上4μm以下)の層をB層、30μm以上130μm以下の熱可塑性樹脂層をC層とした場合、導体に近い側から、導体と接する最も内側の層を含むA層、B層、C層(C層はなくても構わない)の順に構成されるのが好ましい。
ここで、C層を有して、導体と接する最も内側の層を含むA層、B層、C層の順に構成されるのがより好ましい。
このようにすることで、A層の皮膜厚さが不均一になった場合でもB層でこれを埋め合わせることができ、最終的な皮膜厚さを均一にすることが可能となる。さらに、皮膜厚さが不均一になったA層をB層によって埋め合わせることで、A層とB層間の密着性(層間密着性)を向上させることができる。
ここで、A層の積層数が6層以上になると、ドッグボーン形状の皮膜になりやすく、剥離しやすくなる。
本発明では、積層された熱硬化性樹脂層全体の厚さは、30〜130μmが好ましく、60μmを超え130μm以下がより好ましく、65〜130μmがさらに好ましく、80〜120μmが特に好ましい。
また、熱硬化性樹脂層を形成するための塗布、焼付けの繰り返し数は、16〜35回が好ましく、23〜29回がより好ましい。
このようにすることで、導体と接する最も内側の層の樹脂の硬化度を低くすることができ、導体との密着力を向上させることが可能となる。
本発明では、熱硬化性樹脂層上に、その他の層を設けてもよい。
その他の層としては、熱可塑性樹脂層が耐ATF性をさらに向上できる点で好ましい。
その他の層を設ける場合、熱可塑性樹脂層を含むその他の層全体の厚さは、熱硬化性樹脂層より薄いことが好ましく、熱呼応化成樹脂層全体の厚さを100とした場合、95以下が好ましく、90以下がより好ましく、80以下がさらに好ましく0が最も好ましい。
熱可塑性樹脂層を構成する熱可塑性樹脂は、ポリアミド(PA)(ナイロン)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンエーテル(変性ポリフェニレンエーテルを含む)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、超高分子量ポリエチレン等の汎用エンジニアリングプラスチックの他、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリレート(Uポリマー)、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)(変性ポリエーテルエーテルケトン(変性PEEK)を含む)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、熱可塑性ポリイミド樹脂(TPI)、ポリアミドイミド(PAI)、液晶ポリエステル等のスーパーエンジニアリングプラスチック、さらに、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)をベース樹脂とするポリマーアロイ、ABS/ポリカーボネート、ナイロン6,6、芳香族ポリアミド樹脂(芳香族PA)、ポリフェニレンエーテル/ナイロン6,6、ポリフェニレンエーテル/ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート/ポリカーボネート等の前記エンジニアリングプラスチックを含むポリマーアロイが挙げられる。
これらの熱可塑性樹脂のうち、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)が好ましく、ポリフェニレンスルフィド(PPS)ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)がより好ましい。
本発明では、導体の外周に、同一もしくは異なる熱硬化性樹脂ワニスを塗布して焼付ける操作を2回以上繰り返す塗布・焼付け工程において、該熱硬化性樹脂ワニスを塗布して焼付ける最初の操作で、イミド結合を有する熱硬化性樹脂のワニスを使用して平均厚さが5μmを超え10μm以下の層を形成した後、該熱硬化性樹脂と同一もしくは異なる熱硬化性樹脂ワニスを塗布して焼付ける操作を行い、2層以上の積層構造の熱硬化性樹脂層を形成し、必要によっては、さらに熱硬化性樹脂層上に、熱可塑性樹脂を含む組成物を、押出成形して、熱可塑性樹脂層を形成することで、絶縁電線が製造される。
有機溶媒等は、1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
また、導体に接する最も内側の熱硬化性樹脂層の厚さを部分的に変更する場合は、熱硬化性樹脂層の導体とは反対側の断面形状が目的とする外形の形状と同じもしくは相似形のダイスを使用して厚さを調整する。
これらの熱硬化性樹脂ワニスを塗布した導体は、常法にて、焼付炉で焼付けされる。具体的な焼付け条件はその使用される炉の形状などに左右されるが、およそ8mの自然対流式の竪型炉であれば、炉内温度400〜650℃にて通過時間を10〜90秒に設定することにより、達成することができる。
ここで、この繰り返しの際、厚みの変更や、焼付け条件を変更しても構わない。
熱可塑性樹脂ワニスの有機溶媒は、上記熱硬化性樹脂ワニスにおいて挙げた有機溶媒が好ましい。
また、具体的な焼付け条件はその使用される炉の形状などに左右されるが、熱硬化性樹脂における条件で記載した条件が好ましい。
本発明の絶縁電線は、電気特性に加え、密着性(導体密着性および層間密着性)、耐ATF性に優れる。また、耐熱性にも優れる。
絶縁電線が備える電気特性では、部分放電開始電圧は700Vp以上が好ましく、800Vp以上がより好ましく、1000Vp以上がさらに好ましい。部分放電開始電圧の上限は特に限定されず、例えば2500Vp以下であることが好ましい。
本発明の絶縁電線は、コイルとして、回転電機、各種電気・電子機器など、電気特性(耐電圧性)や耐熱性を必要とする分野に利用可能である。例えば、本発明の絶縁電線はモーターやトランス等に用いられ、高性能の回転電機、電気・電子機器を構成できる。特にハイブリッドカー(HV)や電気自動車EVの駆動モーター用の巻線として好適に用いられる。
実施例1および比較例1〜5では、図1に示される断面形状の熱硬化性樹脂層の絶縁電線、実施例2および3では、図2に示される断面形状の熱硬化性樹脂層の絶縁電線、実施例4では、図3に示される断面形状の熱硬化性樹脂層の絶縁電線、実施例5および6では、図4に示される断面形状の熱硬化性樹脂層の絶縁電線をそれぞれ製造した。
なお、図1〜4は、製造する絶縁電線が、熱硬化性樹脂層上に熱可塑性樹脂層を有する場合は該層を省略している。
製造した各絶縁電線について、下記特性を評価し、その結果を表1に示した。
導体1として、断面平角(長辺3.2mm×短辺2.4mmで、四隅の面取りの曲率半径r=0.3mm)の平角導体(酸素含有量15ppmの銅)を用いた。
ポリイミド(PI)ワニス(商品名:Uイミド、ユニチカ社製)を、導体に接する最も内側の熱硬化性樹脂層の断面の外形の形状が図1に示す断面形状と相似形のダイスを使用して、導体1の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この1回の焼付け工程で厚さ8μmの層(導体に接する層1)を形成した。これをさらに2回繰り返し、3層からなる計24μmの厚さの内側の層のPIからなる熱硬化性樹脂層(A層)を形成した。
続いて、上記PIワニスを、断面の外形の形状が導体1と相似形のダイスを使用し、上記熱硬化性樹脂層(A層)の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この塗布、焼付けを22回繰り返して、1層の厚さが3.1〜3.3μmからなる層が22層積層された熱硬化性樹脂層(厚さ71μmのB層)を形成した。導体の外周を被覆する熱硬化性樹脂層の全体厚さ〔熱硬化性樹脂(A層)と熱硬化性樹脂(B層)の合計〕は95μmであった。
導体1として、実施例1で使用した導体1を用いた。
実施例1で使用したPIワニスを、導体1に接する最も内側の熱硬化性樹脂層の断面形状が図2に示す断面の外形の形状と相似形のダイスを使用して、導体1の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この1回の焼付け工程で、平均厚さ8μmの層(導体に接する層1:両端部、辺部およびコーナー部の厚さは、下記表1の厚さ)を形成した。これをさらに3回繰り返し、4層からなる計36μmの平均厚さの内側の層のPIからなる熱硬化性樹脂層(A層)を形成した。
続いて、上記PIワニスを、断面の外形の形状が導体1と相似形のダイスを使用し、上記熱硬化性樹脂層(A層)の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この塗布、焼付けを19回繰り返して、1層の厚さが3.8〜3.9μmからなる層が19層積層された熱硬化性樹脂層(厚さ74μmのB層)を形成した。導体の外周を被覆する熱硬化性樹脂層の全体厚さ〔熱硬化性樹脂(A層)と熱硬化性樹脂(B層)の合計〕は110μmであった。
導体1として、実施例1で使用した導体1を用いた。
N−メチル−2−ピロリドン(NMP)にポリエーテルイミドPEI(商品名:ウルテム1010、サビックイノベーティブプラスチックス社製、ガラス転移温度217℃)を溶解させて、PEIワニスを調製した。このPEIワニスを、導体1に接する最も内側の熱硬化性樹脂層の断面形状が図2に示す断面の外形の形状と相似形のダイスを使用して、導体1の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この1回の焼付け工程で、平均厚さ9μmの層(導体に接する層1:両端部、辺部およびコーナー部の厚さは、下記表1の厚さ)を形成した。これをさらに1回繰り返し、2層からなる計18μmの平均厚さの内側の層のPEIからなる熱硬化性樹脂層(A層)を形成した。
続いて、上記PIワニスを、断面の外形の形状が導体1と相似形のダイスを使用し、上記熱硬化性樹脂層(A層)の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この塗布、焼付けを24回繰り返して、1層の厚さが3.0μmからなる層が24層積層された熱硬化性樹脂層(厚さ72μmのB層)を形成した導体の外周を被覆する熱硬化性樹脂層の全体厚さ〔熱硬化性樹脂(A層)と熱硬化性樹脂(B層)の合計〕は90μmであった。
熱可塑性樹脂に、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)(ソルベイスペシャリティポリマーズ社製、商品名:キータスパイアKT−820、比誘電率3.1)を用い、熱可塑性樹脂層の断面の外形の形状が導体の形状と相似形になるように、押出ダイを用いてPEEKの押出被覆を行い、熱硬化性樹脂層の外側に厚さ60μmの熱可塑性樹脂層を形成した。
導体1として、実施例1で使用した導体1を用いた。
ポリアミドイミド(PAI)ワニス〔商品名:HI406、日立化成(株)製〕を、導体に接する最も内側の熱硬化性樹脂層の断面の外形の形状が図3に示す断面形状と相似形のダイスを使用して、導体1の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この1回の焼付け工程で平均厚さ7μmの層(導体に接する層1:両端部、辺部およびコーナー部の厚さは、下記表1の厚さ)を形成した。これをさらに3回繰り返し、4層からなる計28μmの平均厚さの内側の層のPAIからなる熱硬化性樹脂層(A層)を形成した。
続いて、上記PAIワニスを、断面の外形の形状が導体1と相似形のダイスを使用し、上記熱硬化性樹脂層(A層)の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この塗布、焼付けを21回繰り返して、1層の厚さが3.9μm±0.01μmからなる層が21層積層された熱硬化性樹脂層(厚さ82μmのB層)を形成した。導体の外周を被覆する熱硬化性樹脂層の全体厚さ〔熱硬化性樹脂(A層)と熱硬化性樹脂(B層)の合計〕は110μmであった。
導体1として、実施例1で使用した導体1を用いた。
実施例1で使用したポリイミド(PI)ワニスを導体1に接する最も内側の熱硬化性樹脂層の断面形状が図4に示す断面の外形の形状と相似形のダイスを使用して、導体1の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この1回の焼付け工程で平均厚さ8μmの層(導体に接する層1:両端部、辺部およびコーナー部の厚さは、下記表1の厚さ)を形成した。これをさらに2回繰り返し、3層からなる計21μmの平均厚さの内側の層のPAIからなる熱硬化性樹脂層(A層)を形成した。
続いて、実施例4で使用したPAIワニスを、断面の外形の形状が導体1と相似形のダイスを使用し、上記熱硬化性樹脂層(A層)の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この塗布、焼付けを20回繰り返して、1層の厚さが3.0〜3.1μmからなる層が20層積層された熱硬化性樹脂層(厚さ74μmのB層)を形成した。導体の外周を被覆する熱硬化性樹脂層の全体厚さ〔熱硬化性樹脂(A層)と熱硬化性樹脂(B層)の合計〕は95μmであった。
導体1として、実施例1で使用した導体1を用いた。
ポリエステルイミド(PEsI)ワニス〔商品名:ネオヒート8600A、東特塗料(株)社製〕を、導体1に接する最も内側の熱硬化性樹脂層の断面形状が図4に示す断面の外形の形状と相似形のダイスを使用して、導体1の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この1回の焼付け工程で平均厚さ7μmの層(導体に接する層1:両端部、辺部およびコーナー部の厚さは、下記表1の厚さ)を形成した。これをさらに1回繰り返し、2層からなる計14μmの平均厚さの内側の層のPEsIからなる熱硬化性樹脂層(A層)を形成した。
続いて、上記PEsIワニスを、断面の外形の形状が導体1と相似形のダイスを使用し、上記熱硬化性樹脂層(A層)の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この塗布、焼付けを25回繰り返して、1層の厚さが3.0〜3.1μmからなる層が25層積層された熱硬化性樹脂層(厚さ76μmのB層)を形成した。導体の外周を被覆する熱硬化性樹脂層の全体厚さ〔熱硬化性樹脂(A層)と熱硬化性樹脂(B層)の合計〕は90μmであった。
導体1として、実施例1で使用した導体1を用いた。
実施例1で使用したポリイミド(PI)ワニスを導体1に接する最も内側の熱硬化性樹脂層の断面形状が図1に示す断面の外形の形状と相似形のダイスを使用して、導体1の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、厚さ2μmの層(導体に接する層1)を形成し、PIからなる熱硬化性樹脂層(A層)を1層形成した。
続いて、上記PIワニスを、断面の外形の形状が導体1と相似形のダイスを使用し、上記熱硬化性樹脂層(A層)の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この塗布、焼付けを29回繰り返して、1層の厚さが3.2〜3.3μmからなる層が29層積層された熱硬化性樹脂層(厚さ95μmのB層)を形成した。導体の外周を被覆する熱硬化性樹脂層の全体厚さ〔熱硬化性樹脂(A層)と熱硬化性樹脂(B層)の合計〕は97μmであった。
導体1として、実施例1で使用した導体1を用いた。
実施例4で使用したポリアミドイミド(PAI)ワニスを導体1に接する最も内側の熱硬化性樹脂層の断面形状が図1に示す断面の外形の形状と相似形のダイスを使用して、導体1の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、厚さ2μmの層(導体に接する層1)を形成し、PAIからなる熱硬化性樹脂層(A層)を1層形成した。
続いて、上記PAIワニスを、断面の外形の形状が導体1と相似形のダイスを使用し、上記熱硬化性樹脂層(A層)の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この塗布、焼付けを36回繰り返して、1層の厚さが3.0μmからなる層が36層積層された熱硬化性樹脂層(厚さ110μmのB層)を形成した。導体の外周を被覆する熱硬化性樹脂層の全体厚さ〔熱硬化性樹脂(A層)と熱硬化性樹脂(B層)の合計〕は112μmであった。
導体1として、実施例1で使用した導体1を用いた。
ポリウレタン(PU)ワニス(商品名:TSF242、東特塗料製)を導体1に接する最も内側の熱硬化性樹脂層の断面形状が図1に示す断面の外形の形状と相似形のダイスを使用して、導体1の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、厚さ2μmの層(導体に接する層1)を形成し、PUからなる熱硬化性樹脂層(A層)を1層形成した。
続いて、実施例4で使用したポリアミドイミド(PAI)ワニスを、断面の外形の形状が導体1と相似形のダイスを使用し、上記熱硬化性樹脂層(A層)の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この塗布、焼付けを30回繰り返して、1層の厚さが3.0μmからなる層が30層積層された熱硬化性樹脂層(厚さ90μmのB層)を形成した。導体の外周を被覆する熱硬化性樹脂層の全体厚さ〔熱硬化性樹脂(A層)と熱硬化性樹脂(B層)の合計〕は92μmであった。
導体1として、実施例1で使用した導体1を用いた。
実施例1で使用したPIワニスを、導体1に接する最も内側の熱硬化性樹脂層の断面形状が図1に示す断面の外形の形状と相似形のダイスを使用して、導体1の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、厚さ5μmの層(導体に接する層1)を形成し、PIからなる熱硬化性樹脂層(A層)を1層形成した。
続いて、上記PIワニスを、断面の外形の形状が導体1と相似形のダイスを使用し、上記熱硬化性樹脂層(A層)の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この塗布、焼付けを40回繰り返して、1層の厚さが3.2〜3.3μmからなる層が40層積層された熱硬化性樹脂層(厚さ129μmのB層)を形成した。導体の外周を被覆する熱硬化性樹脂層の全体厚さ〔熱硬化性樹脂(A層)と熱硬化性樹脂(B層)の合計〕は134μmであった。
導体1として、実施例1で使用した導体1を用いた。
実施例4で使用したPAIワニスを、導体1に接する最も内側の熱硬化性樹脂層の断面形状が図1に示す断面の外形の形状と相似形のダイスを使用して、導体1の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、厚さ5μmの層(導体に接する層1)を形成し、PAIからなる熱硬化性樹脂層(A層)を1層形成した。
続いて、上記PAIワニスを、断面の外形の形状が導体1と相似形のダイスを使用し、上記熱硬化性樹脂層(A層)の表面に塗布し、450℃に設定した炉長8mの焼付け炉内を通過時間15秒となる速度で通過させ、この塗布、焼付けを8回繰り返して、1層の厚さが5.0μmからなる層が8層積層された熱硬化性樹脂層(厚さ40μmのB層)を形成した。導体の外周を被覆する熱硬化性樹脂層の全体厚さ〔熱硬化性樹脂(A層)と熱硬化性樹脂(B層)の合計〕は45μmであった。
熱可塑性樹脂に、実施例3で使用したPEEKを用い、熱可塑性樹脂層の断面の外形の形状が導体の形状と相似形になるように、押出ダイを用いてPEEKの押出被覆を行い、熱硬化性樹脂層の外側に厚さ103μmの熱可塑性樹脂層を形成した。
絶縁電線における導体と熱硬化性樹脂層間の密着性を、下記の曲げ加工性試験により、評価した。
製造した各絶縁電線から長さ300mmの直状試験片を切り出した。なお、熱硬化性樹脂層上に熱可塑性樹脂層を設けた絶縁電線の場合、熱可塑性樹脂層を設ける前のものを使用した。この直状試験片のエッジ面の熱硬化性樹脂層の中央部に、専用冶具を用いて、長手方向と垂直方向との2方向それぞれに、深さ約5μmで長さ2μmのキズ(切り込み)をつけた(このとき、熱硬化性樹脂層と導体とは密着しており、剥離していない)。ここで、エッジ面とは、平角形状の絶縁電線の断面形状において、短辺(図1〜4において、絶縁電線の断面形状における最表面の矩形形状における短辺)が軸線方向に連続して形成する面をいう。従って、上記キズは、図1〜4に示される絶縁電線の図面上で左右側面のいずれか一方の側面に、設けられている。
このキズを頂点として、直径1.0mmの鉄芯を軸として直状試験片を180°(U字状)に曲げ、この状態を5分間維持した。直状試験片の頂点付近に発生する導体と熱硬化性樹脂層間での剥離の進行を目視で観察した。
この試験を5回行い、以下の基準で評価した。
A:5回とも、いずれのキズも拡張せず、導体から熱硬化性樹脂層が剥離しなかった。
B:5回のうち1回が、熱硬化性樹脂層に形成したキズの少なくとも1本が拡張し、導体から熱硬化性樹脂層が剥離した。
C:5回のうち2回が、熱硬化性樹脂層に形成したキズの少なくとも1本が拡張し、導体から熱硬化性樹脂層が剥離した。
D:5回のうち3回以上が、熱硬化性樹脂層に形成したキズの少なくとも1本が拡張し、導体から熱硬化性樹脂層が剥離した。
加工性、特に熱硬化性樹脂層間にせん断応力を加えたときの皮膜の密着性を評価するために捻り試験を行った。JIS−C3216−3の5.4に規定されている「剥離試験」を参考にし、熱硬化性樹脂層間で剥離するまでの捻り回数を計測して、5回の平均値を求めた。なお、熱硬化性樹脂層上に熱可塑性樹脂層を設けた絶縁電線の場合、熱可塑性樹脂層を設ける前のものを使用した。
まず、各絶縁電線を50cmに切り取り、次にこの状態の絶縁電線の一端を固定し、他端を一定加重(加重の大きさ:100N)で一方向に捻り、熱硬化性樹脂層間での皮膜剥離が観察されるまでの捻り回数を計測した。この計測結果を、以下の基準で評価した。
A:捻り回数が30回以上
B:10以上30未満
C:捻り回数が10回未満
製造した各絶縁電線から長さ300mmの直状試験片を切り出し、SUS製の密閉容器に投入した。自動変速機油(ATFオイル:オートマチックトランスミッションフルード)1300gおよび水6.5ml(0.5質量%相当)を容器に入れ、150℃、500時間で、SUS製の密閉容器ごと加熱した。加熱処理後、絶縁電線を取り出し、25℃(常温)になるまで放置した。25℃に到達後、1.0mmの鉄芯を軸として180°に曲げ、絶縁電線の樹脂皮膜の亀裂の有無を目視で観察し、以下の評価基準で評価した。
A:絶縁電線の樹脂皮膜(熱硬化性樹脂層もしくは熱可塑性樹脂層を有する場合はこれをも含む)の亀裂は観測されなかった。
B:絶縁電線の樹脂皮膜(熱硬化性樹脂層もしくは熱可塑性樹脂層を有する場合はこれをも含む)の亀裂が僅かに観測されたが、亀裂は導体まで達していなかった。
C:絶縁電線の樹脂皮膜(熱硬化性樹脂層もしくは熱可塑性樹脂層を有する場合はこれをも含む)の導体にまで達する亀裂が観測された。
上記各評価項目がいずれもBランク以上であるものを「合格」、少なくともいずれかの評価項目でC以下のランクが存在するものを「不合格」と判断した。
ここで、熱可塑性樹脂層(C層)において、「−」は、該層を有していないことを示す。
熱硬化性樹脂層の導体と接する層(最も内側の層)の厚さを、5μmを超え10μm以下とし、かつ、該層の樹脂を、イミド結合を有する樹脂とすることで、従来技術では困難であった導体密着性および層間密着性を両立させることができる。しかもこのような構成とすることで、耐ATF性にも優れることがわかる。
2 熱硬化性樹脂層の導体に接する最も内側の層
2a 導体の辺の両端部上の厚さが厚い部分(熱硬化性樹脂層の導体に接する最も内側の層の両端部)
2b 導体のコーナー部上の厚さが薄い部分(熱硬化性樹脂層の導体に接する最も内側の層の両端部)
3 熱硬化性樹脂層の導体に接する最も内側の層以外の層(複数の積層構造も含む)
α 熱硬化性樹脂層の導体に接する最も内側の層の平均厚さ
αm 導体の辺の両端部上の厚さが厚い部分の厚み
αl 導体の辺の中央部上の厚み
β 熱硬化性樹脂層の導体のコーナー部上の厚さが薄い部分の厚み
Claims (14)
- 導体の外周に、熱硬化性樹脂層を含む、少なくとも1層の電線皮膜を有する絶縁電線であって、
前記熱硬化性樹脂層が、熱硬化性樹脂ワニスを塗布・焼付けて形成された積層構造の熱硬化樹脂層であり、該積層構造において、導体に接する最も内側の層が、イミド結合を有する熱硬化性樹脂を含み、かつ平均厚さが6μm以上10μm以下の層であり、
前記の導体に接する最も内側の層が、熱硬化性樹脂ワニスの1回の塗布・焼付けで形成される層であることを特徴とする絶縁電線(但し、前記の導体に接する最も内側の層が気泡層である形態を除く)。 - 前記の導体と接する最も内側の層の平均厚さが7μm以上10μm以下の層であることを特徴とする請求項1に記載の絶縁電線。
- 前記熱硬化性樹脂層全体の厚さに対する、前記導体と接する最も内側の層の平均厚さの割合が、5〜10%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の絶縁電線。
- 長手方向と直交する前記導体の断面形状が矩形の平角導体であり、該導体の断面形状の矩形を構成する4つの辺上の前記導体と接する最も内側の層の厚さにおいて、該導体のコーナー部を除く、少なくとも1つの辺の両端部上の厚さが、該辺の中央部上の厚さより厚いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の絶縁電線。
- 長手方向と直交する前記導体の断面形状が矩形の平角導体であり、該導体の断面形状の矩形を構成する4つのコーナーの少なくとも1つのコーナー部上の前記導体と接する最も内側の層の厚さが、辺部上の平均厚さより薄いことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の絶縁電線。
- 前記熱硬化性樹脂層の積層構造において、前記導体と接する最も内側の層の外周に、5μm以下の厚さの層が少なくとも2層積層した層を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の絶縁電線。
- 前記熱硬化性樹脂層の全体の厚さが、30〜130μmであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の絶縁電線。
- 前記熱硬化性樹脂層上に、厚さが30〜130μmの熱可塑性樹脂層を少なくとも1層有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の絶縁電線。
- 導体の外周に、熱硬化性樹脂層を含む、少なくとも1層の電線皮膜を有する絶縁電線の製造方法であって、
前記導体の外周に、同一もしくは異なる熱硬化性樹脂ワニスを塗布して焼付ける操作を2回以上繰り返す塗布・焼付け工程において、該熱硬化性樹脂ワニスを塗布して焼付ける最初の操作で、イミド結合を有する熱硬化性樹脂ワニスを使用して平均厚さが6μm以上10μm以下の層を形成した後、該熱硬化性樹脂と同一もしくは異なる熱硬化性樹脂のワニスを塗布して焼付ける操作を行い、2層以上の積層構造の熱硬化性樹脂層を形成すことを特徴とする絶縁電線の製造方法(但し、前記の熱硬化性樹脂ワニスを塗布して焼付ける最初の操作で気泡層を形成する形態を除く)。 - 前記の熱硬化性樹脂ワニスを塗布して焼付ける最初の操作で、イミド結合を有する熱硬化性樹脂ワニスを使用して平均厚さが7μm以上10μm以下の層を形成することを特徴とする請求項9に記載の絶縁電線の製造方法。
- 前記積層構造の熱硬化性樹脂層上に、さらに熱可塑性樹脂を含む組成物を、押出成形して、熱可塑性樹脂層を形成することを特徴とする請求項9又は10に記載の絶縁電線の製造方法。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の絶縁電線、または、請求項9〜11のいずれか1項に記載の製造方法で製造された絶縁電線のうちの1つの絶縁電線からなるコイル。
- 請求項12に記載のコイルを用いてなる回転電機。
- 請求項12に記載のコイルを用いてなる電気・電子機器。
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